שאלת מבחן בהסתברות - אוניברסיטת בר-אילן 2025 - משתנה מקרי רציף

יהיו שני משתנים מקריים עם פונקציית הצפיפות המשותפת הבאה:ונגדיר משתנה מקרי .

סעיף א: (9 נק')
חשבו את פונקציית הצפיפות
.

סעיף ב: (8 נק')
הוכיחו או הפריכו:
.

סעיף ג: (8 נק')
יהי
קבוע, נתבונן על גרסא מוכללת של פונקצית הצפיפות המשותפת של :הוכיחו או הפריכו: בלתי תלויים.
העתק שאלה
שתף שאלה
סמן כחשוב
סמן כבוצע
אוניברסיטת בר-אילןמועד א2025סמסטר ב
משתנה מקרי רציףפונקציית צפיפותהתפלגות משותפתסכום משתנים מקרייםקונבולוציהאי-תלותהתפלגות שוליתהתפלגות אחידה
השתמשו בקונבולוציה למציאת צפיפות הסכום . לאחר מכן, השתמשו בצפיפות זו לחישוב ההסתברויות הנדרשות. לבדיקת אי-תלות, השוו את מכפלת הצפיפויות השוליות לצפיפות המשותפת.
סעיף א
כדי למצוא את פונקציית הצפיפות של , נשתמש בנוסחת הקונבולוציה למשתנים מקריים רציפים:התומך של הוא והתומך של הוא . לכן, התומך של הוא . מחוץ לתחום זה, .

האינטגרנד שונה מאפס (ושווה ל-) רק כאשר התנאים הבאים מתקיימים:
1.
2. , כלומר מהתנאי השני, אנו מקבלים וגם . כלומר, .
כדי שהאינטגרל לא יתאפס, עלינו למצוא את תחום החיתוך של שני התנאים על
:לכן, תחום האינטגרציה הוא .

נחלק למקרים לפי ערכו של בתומך :

**מקרה 1: **
במקרה זה,
וגם . לכן:נחשב את האינטגרל:**מקרה 2: **
במקרה זה,
וגם . לכן:נחשב את האינטגרל:לסיכום, פונקציית הצפיפות של היא:(זוהי התפלגות משולש).
סעיף ב
עלינו להוכיח או להפריך את הטענה .
נחשב כל אחד מהצדדים בנפרד.


חישוב הצד השמאלי:נפצל את האינטגרל לפי הגדרת :חישוב הצד הימני:
המאורע
הוא המשלים של המאורע . לכן:מאחר ש- הוא משתנה מקרי רציף, .
לפי החישוב הקודם:
מסקנה:
קיבלנו
. לכן, הטענה מופרכת.
סעיף ג
עלינו להוכיח או להפריך כי בלתי תלויים.
נבדוק האם מתקיימת הגדרת אי-תלות של משתנים מקריים רציפים:
לכל .

ראשית, נמצא את הקבוע באמצעות תנאי הנרמול:מכאן, .

כעת, נחשב את פונקציות הצפיפות השוליות.

הצפיפות השולית של :
עבור
:ועבור מחוץ לתחום , . כלומר, .

הצפיפות השולית של :
עבור
:ועבור מחוץ לתחום , . כלומר, .

כעת נבדוק את תנאי האי-תלות. נכפול את הצפיפויות השוליות:תוצאה זו מתקבלת כאשר וגם . בתחום זה, .
אם
אינו בתחום או אינו בתחום , אז , וגם .

מכאן, לכל .
לכן, המשתנים
הם בלתי תלויים, והטענה נכונה.